绪论 1
第一节 生物化学发展简史 1
一、叙述生物化学阶段 1
二、动态生物化学阶段 1
三、分子生物学时期 1
四、我国科学家对生物化学发展的贡献 3
第二节 当代生物化学研究的主要内容 3
第三节 生物化学与医学 4
一、生物化学已成为生物学各学科之间、医学各学科之间相互联系的共同语言 4
二、生物化学为推动医学各学科发展作出了重要的贡献 4
第一篇 生物大分子的结构与功能 7
第一章 蛋白质的结构与功能 7
第一节 蛋白质的分子组成 7
一、组成人体蛋白质的20种氨基酸均属于L-α-氨基酸 8
二、氨基酸可根据侧链结构和理化性质进行分类 8
三、20种氨基酸具有共同或特异的理化性质 10
四、蛋白质是由许多氨基酸残基组成的多肽链 11
第二节 蛋白质的分子结构 12
一、氨基酸的排列顺序决定蛋白质的一级结构 13
二、多肽链的局部主链构象为蛋白质二级结构 14
三、在二级结构基础上多肽链进一步折叠形成蛋白质三级结构 19
四、含有两条以上多肽链的蛋白质具有四级结构 21
五、蛋白质的分类 22
六、蛋白质组学 23
第三节 蛋白质结构与功能的关系 24
一、蛋白质一级结构是高级结构与功能的基础 24
二、蛋白质的功能依赖特定空间结构 25
第四节 蛋白质的理化性质 30
一、蛋白质具有两性电离性质 30
二、蛋白质具有胶体性质 30
三、蛋白质空间结构破坏而引起变性 31
四、蛋白质在紫外光谱区有特征性吸收峰 31
五、应用蛋白质呈色反应可测定蛋白质溶液含量 31
第五节 蛋白质的分离、纯化与结构分析 32
一、透析及超滤法可去除蛋白质溶液中的小分子化合物 32
二、丙酮沉淀、盐析及免疫沉淀是常用的蛋白质沉淀方法 32
三、利用荷电性质可用电泳法将蛋白质分离 32
四、应用相分配或亲和原理可将蛋白质进行层析分离 33
五、利用蛋白质颗粒沉降行为不同可进行超速离心分离 35
六、应用化学或反向遗传学方法可分析多肽链的氨基酸序列 35
七、应用物理学、生物信息学原理可进行蛋白质空间结构测定 37
小结 38
第二章 核酸的结构与功能 40
第一节 核酸的化学组成及一级结构 40
一、核苷酸是构成核酸的基本组成单位 40
二、DNA是脱氧核苷酸通过3′，5′-磷酸二酯键连接形成的大分子 42
三、RNA也是具有3′，5′-磷酸二酯键的线性大分子 43
四、核酸的一级结构是核苷酸的排列顺序 43
第二节 DNA的空间结构与功能 44
一、DNA的二级结构是双螺旋结构 44
二、DNA的高级结构是超螺旋结构 48
三、DNA是遗传信息的物质基础 51
第三节 RNA的结构与功能 52
一、mRNA是蛋白质合成的模板 53
二、tRNA是蛋白质合成的氨基酸载体 54
三、以rRNA为组分的核糖体是蛋白质合成的场所 57
四、snmRNA参与了基因表达的调控 58
五、核酸在真核细胞和原核细胞中表现了不同的时空特性 59
第四节 核酸的理化性质 60
一、核酸分子具有强烈的紫外吸收 60
二、DNA变性是双链解离为单链的过程 60
三、变性的核酸可以复性或形成杂交双链 62
第五节 核酸酶 62
小结 63
第三章 酶 64
第一节 酶的分子结构与功能 64
一、酶的分子组成中常含有辅助因子 65
二、酶的活性中心是酶分子中执行其催化功能的部位 66
三、同工酶是催化相同化学反应但一级结构不同的一组酶 67
第二节 酶的工作原理 68
一、酶反应特点 68
二、酶通过促进底物形成过渡态而提高反应速率 70
第三节 酶促反应动力学 71
一、底物浓度对反应速率影响的作图呈矩形双曲线 71
二、底物足够时酶浓度对反应速率的影响呈直线关系 74
三、温度对反应速率的影响具有双重性 74
四、pH通过改变酶和底物分子解离状态影响反应速率 75
五、抑制剂可逆地或不可逆地降低酶促反应速率 75
六、激活剂可加快酶促反应速率 79
第四节 酶的调节 79
一、调节酶实现对酶促反应速率的快速调节 79
二、酶含量的调节包括对酶合成与分解速率的调节 81
第五节 酶的分类与命名 81
一、酶可根据其催化的反应类型予以分类 81
二、每一种酶均有其系统名称和推荐名称 82
第六节 酶与医学的关系 82
一、酶和疾病密切相关 82
二、酶在医学上的应用领域广泛 84
小结 85
第二篇 物质代谢及其调节 87
第四章 糖代谢 87
第一节 概述 87
一、糖的主要生理功能是氧化供能 87
二、糖的消化吸收主要是在小肠进行 88
三、糖代谢的概况 88
第二节 糖的无氧氧化 88
一、糖无氧氧化反应过程分为糖酵解途径和乳酸生成两个阶段 89
二、糖酵解的调控是对3个关键酶活性的调节 90
三、糖酵解的主要生理意义是在机体缺氧的情况下快速供能 92
第三节 糖的有氧氧化 93
一、糖有氧氧化的反应过程包括糖酵解途径、丙酮酸氧化脱羧、三羧酸循环及氧化磷酸化 93
二、三羧酸循环是以形成柠檬酸为起始物的循环反应系统 95
三、糖有氧氧化是机体获得ATP的主要方式 99
四、糖有氧氧化的调节是基于能量的需求 100
五、巴斯德效应是指糖有氧氧化抑制糖酵解的现象 102
第四节 葡萄糖的其他代谢途径 102
一、磷酸戊糖途径生成NADPH和磷酸戊糖 102
二、糖醛酸途径可生成葡萄糖醛酸 104
三、多元醇途径可生成木糖醇、山梨醇等 104
第五节 糖原的合成与分解 105
一、糖原的合成代谢主要在肝和肌组织中进行 105
二、肝糖原分解产物——葡萄糖可补充血糖 106
三、糖原的合成与分解受到彼此相反的调节 107
四、糖原累积症是由先天性酶缺陷所致 108
第六节 糖异生 109
一、糖异生途径不完全是糖酵解的逆反应 109
二、糖异生的调节是通过对两个底物循环的调节与糖酵解调节彼此协调 110
三、糖异生的生理意义主要在于维持血糖水平恒定 112
四、肌中产生的乳酸运输至肝进行糖异生形成乳酸循环 113
第七节 其他单糖的代谢 113
一、果糖被磷酸化后进入糖酵解途径 113
二、半乳糖可转变为1-磷酸葡萄糖成为糖酵解的中间代谢产物 114
三、甘露糖可转变为6-磷酸果糖进入糖酵解途径 114
第八节 血糖及其调节 115
一、血糖的来源和去路是相对平衡的 115
二、血糖水平的平衡主要是受到激素调节 115
三、血糖水平异常及糖尿病是最常见的糖代谢紊乱 117
小结 118
第五章 脂类代谢 120
第一节 不饱和脂酸的命名及分类 120
一、脂酸的系统命名遵循有机酸命名的原则 120
二、脂酸主要根据其碳链长度和饱和度分类 121
第二节 脂类的消化与吸收 122
一、脂类的消化发生在脂-水界面，且需胆汁酸盐参与 122
二、饮食脂肪在小肠被吸收 123
第三节 甘油三酯代谢 124
一、甘油三酯是甘油的脂酸酯 124
二、甘油三酯的分解代谢主要是脂酸的氧化 125
三、脂酸在脂酸合成酶系的催化下合成 131
四、甘油和脂酸合成甘油三酯 134
五、几种多不饱和脂酸衍生物具有重要生理功能 135
第四节 磷脂代谢 137
一、含磷酸的脂类被称为磷脂 137
二、磷脂在体内具有重要的生理功能 139
三、甘油磷脂的合成与降解 141
四、鞘磷脂的代谢 145
第五节 胆固醇代谢 145
一、胆固醇的合成原料为乙酰CoA和NADPH 146
二、转化成胆汁酸及类固醇激素是体内胆固醇的主要去路 149
第六节 血浆脂蛋白代谢 149
一、血脂是血浆所含脂类的统称 149
二、不同血浆脂蛋白其组成、结构均不同 149
三、血浆脂蛋白是血脂的运输形式，但代谢和功能各异 153
四、血浆脂蛋白代谢异常导致血脂异常或高脂血症 157
小结 158
第六章 生物氧化 160
第一节 生成ATP的氧化磷酸化体系 160
一、氧化呼吸链是一系列有电子传递功能的氧化还原组分 160
二、氧化磷酸化将氧化呼吸链释能与ADP磷酸化生成ATP偶联 166
三、氧化磷酸化作用可受某些内外源因素影响 170
四、ATP在能量的生成、利用、转移和储存中起核心作用 172
五、线粒体内膜对各种物质进行选择性转运 173
第二节 其他不生成ATP的氧化体系 176
一、抗氧化酶体系有清除反应活性氧类的功能 176
二、微粒体细胞色素P450单加氧酶催化底物分子羟基化 177
小结 178
第七章 氨基酸代谢 179
第一节 蛋白质的营养作用 179
一、体内蛋白质具有多方面的重要功能 179
二、体内蛋白质的代谢状况可用氮平衡描述 179
三、营养必需氨基酸决定蛋白质的营养价值 180
第二节 蛋白质的消化、吸收与腐败 180
一、外源性蛋白质消化成氨基酸和寡肽后被吸收 180
二、蛋白质在肠道发生腐败作用 183
第三节 氨基酸的一般代谢 183
一、体内蛋白质分解生成氨基酸 183
二、外源性氨基酸与内源性氨基酸组成氨基酸代谢库 185
三、联合脱氨基作用是体内主要的脱氨基途径 185
四、氨基酸碳链骨架可进行转换或分解 189
第四节 氨的代谢 190
一、体内有毒性的氨有三个重要来源 190
二、氨在血液中以丙氨酸和谷氨酰胺的形式转运 190
三、氨在肝合成尿素是氨的主要去路 192
第五节 个别氨基酸的代谢 196
一、氨基酸的脱羧基作用产生特殊的胺类化合物 196
二、某些氨基酸在分解代谢中产生一碳单位 197
三、含硫氨基酸的代谢是相互联系的 199
四、芳香族氨基酸代谢可产生神经递质 202
五、支链氨基酸的分解有相似的代谢过程 204
小结 205
第八章 核苷酸代谢 207
第一节 嘌呤核苷酸的合成与分解代谢 208
一、嘌呤核苷酸的合成存在从头合成和补救合成两种途径 208
二、嘌呤核苷酸的分解代谢终产物是尿酸 214
第二节 嘧啶核苷酸的合成与分解代谢 215
一、嘧啶核苷酸的合成同样有从头合成与补救合成两条途径 215
二、嘧啶核苷酸的分解代谢 218
小结 219
第九章 物质代谢的联系与调节 220
第一节 物质代谢的特点 220
一、体内各种物质代谢过程互相联系形成一个整体 220
二、机体物质代谢不断受到精细调节 220
三、各组织、器官物质代谢各具特色 220
四、体内各种代谢物都具有共同的代谢池 221
五、ATP是机体储存能量和消耗能量的共同形式 221
六、NADPH提供合成代谢所需的还原当量 221
第二节 物质代谢的相互联系 221
一、各种能源物质的代谢相互联系相互制约 221
二、糖、脂和蛋白质代谢通过中间代谢物而相互联系 222
第三节 体内重要组织、器官的代谢特点及联系 224
一、肝是人体最重要的物质代谢中心和枢纽 224
二、心可利用多种能源物质，以有氧氧化为主 224
三、脑主要利用葡萄糖供能且耗氧量大 225
四、肌肉主要氧化脂肪酸，强烈运动产生大量乳酸 225
五、糖酵解是为成熟红细胞提供能量的主要途径 225
六、脂肪组织是合成、储存脂肪的重要组织 225
七、肾是可进行糖异生和生成酮体两种代谢的器官 225
第四节 代谢调节方式 225
一、细胞水平的代谢调节主要调节关键酶活性 226
二、激素通过作用特异受体调节代谢过程 230
三、机体通过神经系统及神经-体液途径整体调节体内物质代谢 231
四、代谢组学是对低分子量代谢物集合的整体水平研究 234
小结 235
第三篇 基因信息的传递 238
第十章 DNA的生物合成 238
第一节 复制的基本规律 238
一、半保留复制是DNA复制的基本特征 238
二、DNA复制从起始点向两个方向延伸形成双向复制 240
三、DNA一股子链复制的方向与解链方向相反导致半不连续复制 241
第二节 DNA复制的酶学和拓扑学变化 242
一、核苷酸和核苷酸之间生成磷酸二酯键是复制的基本化学反应 242
二、DNA聚合酶催化核苷酸之间聚合 242
三、核酸外切酶的校读活性和碱基选择功能是复制保真性的酶学依据 245
四、复制中的解链伴有DNA分子拓扑学变化 246
五、DNA连接酶连接DNA双链中的单链缺口 248
第三节 DNA生物合成过程 249
一、原核生物的DNA生物合成 249
二、真核生物的DNA生物合成 253
第四节 逆转录和其他复制方式 256
一、逆转录病毒的基因组是RNA，其复制方式是逆转录 256
二、逆转录的发现发展了中心法则 257
三、噬菌体DNA按滚环方式复制和线粒体DNA按D环方式复制 258
第五节 DNA损伤（突变）与修复 259
一、突变在生物界普遍存在 259
二、多种化学或物理因素可诱发突变 260
三、引起突变的分子改变类型有多种 261
四、DNA损伤的修复有多种类型 262
小结 264
第十一章 RNA的生物合成 266
第一节 原核生物转录的模板和酶 267
一、原核生物转录的模板 267
二、RNA合成由RNA聚合酶催化 267
三、RNA聚合酶结合到DNA的启动子上启动转录 270
第二节 原核生物的转录过程 271
一、转录起始需要RNA聚合酶全酶 271
二、原核生物的转录延长时蛋白质的翻译也同时进行 272
三、原核生物转录终止分为依赖ρ（Rho）因子与非依赖ρ因子两大类 273
第三节 真核生物RNA的生物合成 274
一、真核生物有三种DNA依赖性RNA聚合酶 274
二、转录起始需要启动子、RNA聚合酶和转录因子的参与 276
三、真核生物转录延长过程中没有转录与翻译同步的现象 279
四、真核生物的转录终止和加尾修饰同时进行 280
第四节 真核生物RNA的加工 281
一、真核生物mRNA的加工包括首、尾修饰和剪接 281
二、真核前体rRNA的加工 288
三、真核生物前体tRNA的加工包括把核苷酸的碱基修饰为稀有碱基 288
四、RNA催化一些真核和原核基因内含子的自剪接 289
小结 290
第十二章 蛋白质的生物合成 291
第一节 蛋白质生物合成体系 291
一、mRNA是蛋白质生物合成的直接模板 291
二、核糖体是蛋白质生物合成的场所 295
三、tRNA是氨基酸的运载工具及蛋白质生物合成的适配器 295
四、蛋白质生物合成需要酶类、蛋白质因子等 297
第二节 氨基酸的活化 297
一、氨基酸活化形成氨基酰-tRNA 297
二、真核生物起始氨基酰-tRNA是Met-tRNAiMet 298
第三节 肽链的生物合成过程 298
一、原核生物的肽链合成过程 298
二、真核生物的肽链合成过程 304
第四节 蛋白质翻译后修饰和靶向输送 307
一、多肽链折叠为天然构象的蛋白质 308
二、蛋白质一级结构修饰主要是肽键水解和化学修饰 311
三、蛋白质空间结构修饰包括亚基聚合和辅基连接 312
四、合成后蛋白质可被靶向输送至细胞特定部位 313
第五节 蛋白质生物合成的干扰和抑制 317
一、许多抗生素通过抑制蛋白质生物合成发挥作用 317
二、其他干扰蛋白质生物合成的物质 318
小结 320
第十三章 基因表达调控 321
第一节 基因表达调控的基本概念 321
一、基因表达是指基因转录及翻译的过程 321
二、基因表达具有时间特异性和空间特异性 322
三、基因表达的方式及调节存在很大差异 323
四、基因表达调控为生物体生长、发育所必需 324
第二节 基因表达调控的基本原理 324
一、基因表达调控呈现多层次和复杂性 324
二、基因转录激活受到转录调节蛋白与启动子相互作用的调节 325
第三节 原核基因表达调节 328
一、原核基因转录调节特点 328
二、操纵子调控模式在原核基因转录起始的调节中具有普遍性 329
三、原核生物具有不同的转录终止调节机制 330
四、原核生物在翻译水平同样受到多个环节的调节 331
第四节 真核基因表达调节 332
一、真核基因组具有独特的结构特点 332
二、真核基因表达调控更为复杂 333
三、RNA Pol Ⅰ和Pol Ⅲ转录体系的调节相对简单 335
四、RNA Pol Ⅱ转录起始的调节非常复杂 336
五、RNA Pol Ⅱ转录终止的调节机制尚不清楚 339
六、转录后水平的调节也是基因表达调控的重要环节 340
七、基因表达在翻译水平以及翻译后阶段仍然可以受到调节 340
小结 344
第十四章 基因重组与基因工程 345
第一节 自然界DNA重组和基因转移是经常发生的 345
一、同源重组是最基本的DNA重组方式 345
二、细菌的基因转移与重组有四种方式 347
三、特异位点重组，即特异位点间发生的整合 349
四、转座重组 350
第二节 重组DNA技术，又称DNA克隆或分子克隆 352
一、重组DNA技术相关概念 352
二、重组DNA技术基本原理及操作步骤 356
第三节重组DNA技术与医学的关系非常密切并前景远大 362
一、疾病基因的发现与克隆 362
二、生物制药 363
三、基因诊断与治疗 364
四、遗传病的预防 364
小结 365
第四篇 专题篇 368
第十五章 细胞信息转导 368
第一节 细胞信号转导概述 368
一、细胞外化学信号有可溶性和膜结合型两种形式 368
二、细胞经由特异性受体接收细胞外信号 369
三、细胞内信号分子结构、含量和分布变化是信号转导网络工作的基础 370
第二节 细胞内信号转导相关分子 371
一、第二信使的浓度和分布变化是重要的信号转导方式 371
二、蛋白质作为细胞内信号转导分子 374
第三节 各种受体介导的细胞内基本信号转导通路 378
一、细胞内受体多属于转录因子 379
二、离子通道型膜受体是化学信号与电信号转换器 380
三、七跨膜受体依赖G蛋白转导信号 380
四、单跨膜受体依赖酶的催化作用传递信号 385
五、细胞信号转导过程的特点和规律 388
第四节 细胞信号转导与医学 389
一、信号转导分子的结构改变是许多疾病发生发展的基础 389
二、细胞信号转导分子是重要的药物作用靶位 390
小结 390
第十六章 血液的生物化学 392
第一节 血浆蛋白是维持体内代谢的重要物质 392
一、血浆蛋白质的分类与性质 392
二、血浆蛋白质的功能 394
第二节 血液凝固是凝血与抗凝血因子的动态调节 395
一、凝血因子与抗凝血成分 396
二、内、外源性凝血途径共同介导凝血中纤维蛋白的生成 398
三、血凝块的溶解 400
第三节 血细胞物质代谢特点是维持血液生物功能的基础 401
一、红细胞的代谢特点 401
二、白细胞的代谢 407
小结 407
第十七章 肝的生物化学 409
第一节 肝在物质代谢中的作用 409
一、肝是维持血糖水平相对稳定的重要器官 409
二、肝在脂类代谢中占据中心地位 410
三、肝的蛋白质合成及分解代谢均非常活跃 410
四、肝参与多种维生素和辅酶的代谢 412
五、肝参与多种激素的灭活 412
第二节 肝的生物转化作用 412
一、肝的生物转化作用是机体重要的保护机制 412
二、肝的生物转化包括两相反应 413
三、生物转化作用受许多因素的调节和影响 418
第三节 胆汁与胆汁酸的代谢 419
一、胆汁可分为肝胆汁和胆囊胆汁 419
二、胆汁酸有游离型、结合型及初级、次级之分 420
三、胆汁酸的主要生理功能 421
四、胆汁酸的代谢及胆汁酸的肠肝循环 422
第四节 胆色素的代谢与黄疸 423
一、胆红素是铁卟啉类化合物的降解产物 423
二、血液中的胆红素主要与清蛋白结合而运输 426
三、胆红素在肝细胞中转变为结合胆红素并泌入胆小管 426
四、胆红素在肠道内转化为胆素原和胆素 428
五、高胆红素血症及黄疸 429
小结 431
第十八章 维生素与无机物 433
第一节 脂溶性维生素 433
一、维生素A又称抗干眼病维生素 433
二、维生素D可在体内合成 435
三、维生素E是体内最重要的脂溶性抗氧化物质 436
四、维生素K又称凝血维生素 437
第二节 水溶性维生素 438
一、维生素B1形成辅酶焦磷酸硫胺素 438
二、维生素B2是FAD和FMN的组成成分 439
三、维生素PP又称抗癞皮病维生素 440
四、泛酸主要参与酰基转移反应 440
五、生物素参与CO2固定反应 441
六、维生素B6包括吡哆醇、吡哆醛和吡哆胺 441
七、叶酸以四氢叶酸形式参与一碳单位代谢 442
八、维生素B12是含钴维生素 443
九、维生素C又称抗坏血病维生素 444
第三节 钙、磷代谢 446
一、钙、磷在体内分布广泛、功能重要 446
二、钙和磷的代谢与骨的代谢密切相关 447
三、钙和磷代谢受三种激素的调节 448
第四节 微量元素 449
一、铁是体内含量最多的微量元素 449
二、锌是含锌金属酶和锌指蛋白的组成成分 450
三、铜是体内多种含铜酶的辅基 450
四、锰是多种酶的组成成分和激活剂 450
五、硒以硒半胱氨酸形式参与多种重要硒蛋白的组成 451
六、碘是甲状腺激素的组成成分 451
七、钴以维生素B12的形式发挥作用 452
八、氟与骨、牙的形成与钙磷代谢密切相关 452
九、铬与胰岛素的作用关系密切 452
小结 453
第十九章 糖蛋白、蛋白聚糖和细胞外基质 454
第一节 糖蛋白 454
一、糖蛋白糖链的结构 454
二、糖蛋白分子中聚糖的功能 458
第二节 蛋白聚糖 459
一、糖胺聚糖是含己糖醛酸和己糖胺的重复二糖单位 459
二、核心蛋白均含有结合糖胺聚糖的结构域 460
三、核心蛋白逐一加上糖基而形成蛋白聚糖 461
四、蛋白聚糖是细胞间基质的重要成分 461
第三节 细胞外基质 462
一、胶原 462
二、纤连蛋白 465
三、层粘连蛋白 466
小结 467
第二十章 癌基因、抑癌基因与生长因子 469
第一节 癌基因 469
一、病毒癌基因 469
二、细胞癌基因 471
三、癌基因活化的机制 472
四、原癌基因的产物与功能 473
第二节 抑癌基因 474
一、抑癌基因的基本概念 475
二、常见的抑癌基因 475
三、抑癌基因的作用机制 475
第三节 生长因子 476
一、概述 476
二、生长因子的作用机制 477
三、生长因子与疾病 477
小结 479
第二十一章 常用分子生物学技术的原理及其应用 481
第一节 分子杂交与印迹技术 481
一、分子杂交和印迹技术的原理 481
二、印迹技术的类别及应用 481
第二节 PCR技术的原理与应用 483
一、PCR技术的工作原理 483
二、PCR技术的主要用途 484
三、几种重要的PCR衍生技术 484
第三节 核酸序列分析 486
一、DNA链末端合成终止法 486
二、DNA自动测序 486
第四节 基因文库 487
一、基因组DNA文库 487
二、cDNA文库 488
第五节 生物芯片技术 488
一、基因芯片 489
二、蛋白质芯片 489
第六节 生物大分子相互作用研究技术 490
一、蛋白质相互作用研究技术 490
二、DNA-蛋白质相互作用分子分析技术 491
第七节 遗传修饰动物模型的建立及应用 493
一、转基因技术 493
二、核转移技术 494
三、基因剔除技术 494
四、基因转移和基因剔除在医学发展中的作用 494
第八节 疾病相关基因的克隆与鉴定 494
一、功能克隆 495
二、定位克隆 495
第九节 基因诊断和基因治疗 496
一、基因诊断 496
二、基因治疗 496
小结 498
主要参考资料 499
名词释义 500
汉英索引 508
英汉索引 543